Universitat de Girona

Programa de l'assignatura

Curs 2004-05

3105EI0013 REGULACIÓ AUTOMÀTICA


Objectius  
Proporcionar els coneixements bàsics de la teoria clàssica i moderna de control de processos industrials estudiant els diferents mètodes d'anàlisi i disseny.
 
Prerrequisits  
no n'hi ha. Però, es suposa que l'estudiant que es matricula a Regulació Automàtica ha cursat les següents assignatures de primer i segon curs: Àlgebra, Càlcul, Teoria de Circuits, Electrònica Bàsica, Electrotècnia i Instrumentació. Per tant, es donaran per suposats els següents coneixements fonamentals:
- Variable complexa.
- Equacions diferencials.
- Transformada de Laplace.
- Resolució d'equacions diferencials amb la T. de Laplace.
- Àlgebra matricial.
- Anàlisi freqüencial mitjançant els diagrames de Bode.
- Resposta transitòria de sistemes de 1er i 2on ordre mitjançant T. de Laplace.
 
Contingut (Programa)  
1.- INTRODUCCIÓ ALS SISTEMES DE CONTROL
En aquest tema es pretén donar una introducció bàsica a la història de la teoria i pràctica del control automàtic. El propòsit d'aquest capítol es descriure l'enfocament general del disseny i construcció d'un sistema de control. S'introduiran els conceptes bàsics dels sistemes realimentats mitjançant un parell d'exemples de la vida quotidiana.
 - Introducció.
- Història del control automàtic.
- Sistemes de control. Definicions.
- Exemples de sistemes de control.
- Concepte i efectes de la realimentació.
2.- MODELAT MATEMÀTIC DE SISTEMES FÍSICS.
Es desenvoluparan models matemàtics de sistemes físics en forma d'entrada-sortida o funció de transferència. S'estudiaran diferents tipus de sistemes com són: elèctrics, mecànics, de fluids, etc. Es veurà també com aquests models es poden expressar en forma de variables d'estat i com es pot passar d'una representació a una altra.
- Funció de Transferència
- Diagrames de blocs.
- Modelat en l'espai d'estats
- Circuits elèctrics
- Sistemes mecànics.
- Motors DC.
- Linealització.
- Sistemes amb retard.
3.- CARACTERÍSTIQUES DELS SISTEMES DE CONTROL
En aquest capítol es descriuran les principals característiques dels sistemes de control realimentats. s'analitzaran ela avantatges i inconvenients del la realimentació, i s'introduirà el concepte de senyal d'error.
- Control en llaç obert- llaç tancat.
- Sensibilitat dels sistemes de control.
- Resposta transitòria.
- Pertorbacions.
- Error estacionari.
- El cost de la realimentació
- Exemples
4.- PRESTACIONS DELS SISTEMES DE CONTROL. ANALISI TEMPORAL DE SISTEMES
En aquest tema s'estudien les prestacions que es poden aconseguir d'un sistema de control. Aquestes prestacions es relacionen amb la posició dels pols i zeros de la funció de transferència del sistema en el pla s.
- Introducció
- Senyals de prova
- Sistemes de segon ordre
- Efectes d'un tercer pol i d'un zero.
- Relació de la resposta transitòria amb la localització dels pols i zeros.
- Estimació de l'esmorteïment
- Error estacionari de sistemes amb realimentació unitària i no unitària.
- Indexos de rendiment.
- Simplificació de sistemes lineals
- Exemples
5.- ESTABILITAT DE SISTEMES DE CONTROL LINEALS
S'analitzarà l'estabilitat dels sistemes realimentats i s'estudiarà la relació entre l'equació característica i l'estabilitat d'un sistema. S'introduirà el criteri d'estabilitat de Routh-Hurwitz.
- El concepte d'estabilitat
- Criteri de Routh - Hurwitz
- Estabilitat relativa.
- estabilitat en l'espai d'estats.
- Exemple
- Anàlisi d'estabilitat amb MATLAB
6.- EL MÈTODE DEL LLOC DE LES ARRELS
En aquest tema s'analitzarà la variació de les arrels de l'equació característica en el pla s quan un o dos dels paràmetres del sistema controlat varien. S'aprofundirà en l'interpretació del lloc de les arrels i es determinarà mitjançant MATLAB. Es dissenyaran diversos controladors a partir de la construcció del lloc de les arrels.
- Propietats bàsiques del lloc de les arrels.
- Construcció del Lloc de les arrels.
- Solució per computador
- Disseny de sistemes de control mitjançant el lloc de les arrels
7.- ANÀLISI FREQÜENCIAL DE SISTEMES
S'investigarà l'estabilitat dels sistemes realimentats a partir de la seva resposta freqüencial i s'introduirà el criteri d'estabilitat de Nyquist.
- Propietats de la resposta freqüencial.
- Anàlisi d'estabilitat. Estabilitat relativa.
- Criteri d'estabilitat de Nyquist.
8.- DISSENY FREQÜENCIAL DE SISTEMES DE CONTROL
Es presentaran diferents tipus de compensadors i s'utilitzarà la resposta temporal per a dissenyar-los
- Introducció.
- Compensació en avanç de fase
- compensació en retard de fase
- Controladors d'avanç-retard.
9.- ACCIONS BÀSIQUES DE CONTROL
En aquest tema s'introduiràn les acciones bàsiques de control P,I, D, s'analitzaran els seus efectes i s'aprendrà a dissenyar controladors tipus PID algebraicament, a partir de l'anàlisi temporal i de robustessa desenvolupat en els temes anteriors.
- Accions bàsiques de control.
- Efectes de l'acció integral i derivativa.
- Disseny algebraic de controladors PID.
- Exemples.
10.- CONTROL PID I CONTROL ROBUST
S'analitzaran en profunditat els controladors PID i es presentaran diferents mètodes de sintonia: Ziegler-Nichols, resposta freqüencial, ITAE. es veuran diverses modificacions del PID, com el PI-D o el I-PD.
- Control PID
- Sintonia de Ziegler-Nichols
- Mètodes ITAE
- Sintonia freqüencial. Sistemes amb retard pur.
- Esquemes de control PID.
11.- ANALISI DE SISTEMES DE CONTROL EN L'ESPAI D'ESTATS
S'estudiaran les diverses representacions en l'espai d'estats d'un sistema de control. mitjançant mètodes matricials, s'analitzarà la resposta transitòria i les prestacions dels sistemes de control.
- Formes canòniques
- Transformacions
- Solució de l'equació d'estat lineal i invariant en el temps
- Controlabilitat
- Observabilitat
12.- DISSENY DE SISTEMES DE CONTROL EN L'ESPAI D'ESTATS
El principal objectiu d'aquest tema es dissenyar sistemes de control a partir de la seva representació en l'espai d'estats. S'estudiarà el mètode d'ubicació de pols i la seva solució amb MATLAB.
- Ubicació de pols
- Solució amb MATLAB
- Disseny de reguladors per ubicació de pols amb MATLAB.
 
Bibliografia  

BIBLIOGRAFIA BÀSICA:


Pràcticament el 90 % del temari del curs correspon al següent llibre. Per un millor seguiment del curs així com el seu interès com a obra de referència, es recomana fortament la compra d'aquest llibre.
- Ogata, K. Ingenieria de Control Moderna Prentice-Hall. 4ª Edició, 2003.

Alguns apartats concrets i exemples (l'altre 10%) corresponen al llibre:
- Dorf, R.C. Modern Control Systems Addison Wesley. 8 ª Edició, 1998.
 
Mètodes docents  
Classes de teoria, exercicis de problemes, pràctiques de laboratori i Matlab/Simulink 
 
Tipus d'exàmens i avaluacions  
Examen, incloent preguntes referides a pràctiques Labo i pràctiques Matlab/Simulink
 
Informació addicional  

PRÀCTIQUES MATLAB/SIMULINK

 

M1.      Introducció a Matlab/Simulink

M2.      Coneixement bàsic al Matlab/Simulink. Modelat de sistemes dinàmics

M3.      Anàlisi de sistema de control amb Matlab/Simulink

M4.      Disseny de controladors mitjançant el mètode del lloc de les arrels

M5.      Disseny de controladors mitjançant el mètode del diagrama de Bode

M6.      Disseny de controladors mitjançant el mètode de l’equació d’estats

 

PRÀCTIQUES LABORATORI

 

L1.       Identificació d’un procés lineal mitjançant la seva resposta temporal

L2.       Identificació d’un procés no lineal mitjançant la seva resposta temporal

L3.       Identificació d’un procés de temperatura mitjançant la seva resposta temporal

L4.       Sintonia empírica de controladors PID

L5.       Control de diferents processos
 
Llengua de les classes  
Català